JP4373439B2 - スフィア復号技術を用いた信号検出 - Google Patents

Description

本発明は、一般に信号検出に関し、特に、スフィア復号化（sphere decoding）技術を用いた信号検出に関する。

近年、通信システムの分野では、多入力多出力システム（ＭＩＭＯ：Multi Input Multi Output）技術は、研究集会において多くの注目を得るようになった。ＭＩＭＯシステムの重要で興味深い研究は、他のシステムとも関連して、受信信号の検出にある。

受信信号の検出は、どの信号が受信信号に基づいて送信されたかを判断することに関係する。送信信号ｘの各ベクトル成分ｘ_iが、１つのＭＩＭＯアンテナから送信された信号（シンボル（symbol））を表すＭＩＭＯシステムの場合にベクトル表記法を用いて、信号復号化におけるねらいは、チャネル識別及び受信信号ｒに基づいて送信信号ｘを判断することである。シンボルｘ_iは、その送信で使用される変調方式の有効なシンボルになる必要がある。原理上は、チャネルねじれのため、受信シンボルｒ_iに対して最短に現れる変調方式シンボルが、送信シンボルｘ_iになるように決定される。全ての可能なシンボルへの距離計算は、極めて複雑な課題であり、それで、実際には、ある特定の検索領域内の最短シンボルは、送信シンボルｘ_iとして選択される。受信シンボルｒ_iに最短のこの変調方式シンボル、及び、この最短シンボルのための候補を見付ける事を、効率的な方法で行うことは困難である。

信号検出のために、異なるアルゴリズムが提案され、議論され、そしてテストされている。これらの信号検出アルゴリズムは、スフィア復号機（Sphere Decoder）と呼ばれ、それは、Ｅ．ビテルボとＪ．ブトロスによって、「フェージングチャネルのための一般的ラティス符号復号機」情報理論に関するＩＥＥＥ報告書、Ｖｏｌ.４５、Ｎｏ．５、１９９９年７月、頁１６３９〜１６４２において提案されている。そのスフィア復号機は、当初は、符号信号を復号するために表されていたが、信号検出にも適応可能である。スフィア復号機は、低複雑性に対して有利な次善最適（sub-optimal）の最大尤度方法である。スフィア符号では、信号成分ｘ_iは、検索領域内の受信シンボルｒ_iのための最短で有効な変調方式シンボルを検索することで一つずつ決定される。

スフィア復号機における基本的な考えは、チャネルによりもたらされる送信シンボルｘ₁，ｘ₂，．．．，ｘ_N間の干渉を考慮に入れるために、受信シンボルやチャネル識別を表すベクトルと行列を処理することであり、そして同時に、他のシンボルに依存しない第１シンボルｘ_Nを決定することができることである。その第１に決定されるシンボルｘ_Nを用いて、シンボルｘ_iを含むベクトルｘに結果としてなる、シンボルｘ_N-1等を判断することができる。第１の判断されたシンボルは、インデックスＮと共にここに示される。なぜなら、スフィア復号機における計算は、典型的に、上３角行列を含むからである。

ノイズチャネルの中で、情報が伝送され、そして、変形されるとき、そのデータは、あいまいになり、受信機側でなされるいかなる決定もエラーや、情報欠損につながる。軟検出（soft detection）は、受信シンボルに関する幾つかの信頼性情報を維持し、受信機におけるできるだけ「硬（hard）」判定を遅らせることを目的とする。良く知られたスフィア復号機は、受信信号ｒに対して最短のユークリッド距離における点配置シンボル（constellation symbols）のベクトルを、送信信号ｘとして戻すことで、「硬」出力検出機として設計される。さらに、送信信号に関連する幾つかの事前情報（a priori information）を利用可能にする。この事前情報は、送信信号ｘの判断精度を高める。

多くの通信システムでは、多くの変調方式（modulation scheme）が定義され、使用される。使用される変調方式は、例えば、各ユーザに関する伝送速度に依存し、ユーザからユーザへ変更されても良い。現在のスフィア検出方法は、異なる変調方式に関して、同時に、信号を復号化することはできない。

従って、もっと多用途な信号検出方法が必要である。本発明の実施例のねらいは、様々な用途のためのスフィア復号化を用いた信号検出を提供することである。

スフィア復号化を用いた信号検出に関する問題は、ＭＩＭＯシステムに関連して説明されるが、それらは、他の通信システムにも関係があることを考慮すべきである。

本発明の第１の実施形態は、受信機で受信した信号を表す第１のシンボルセットを受け取り、スフィア復号技術を用いて送信機で送信される上記信号を表す第２のシンボルセットを評価することを有し、上記評価ステップは、少なくとも２つの変調方式を用いる、信号検出方法に関する。

本発明の第２の実施形態は、受信機で受信された信号を表す第１のシンボルセットを受け取り、スフィア復号技術を用いて送信機で送信される上記信号を表す第２のシンボルセットを評価し、上記第２のシンボルセットの少なくとも１つのシンボルのためにシンボルを形成するビットに関連する信頼性情報を決定することを有する信号検出方法に関する。

本発明の第３の実施形態は、受信機で受信された信号を表す第１シンボルセットを受け取り、かつ、スフィア復号技術を用いて、送信機で送信された上記信号を表す第２シンボルセットを評価することを有し、上記信号に関連する信頼性情報は、第２シンボルセットの少なくとも１つのシンボルを評価するときに考慮される信号検出方法に関する。

本発明の第４の実施形態は、受信機アンテナで受信された信号を表す第１のシンボルセットを受け取り、かつ、スフィア復号技術を用いて送信機で送信される上記信号を表す第２のシンボルセットを評価するように構成され、上記第２シンボルセットを評価するとき、少なくとも２つの変調方式を用いるように構成される信号検出装置に関する。

本発明の第５の実施形態は、受信機アンテナで受信される信号を表す第１シンボルセットを受け取り、スフィア復号技術を用いて送信機で送信される上記信号を表す第２のシンボルセットを評価し、上記第２シンボルセットの少なくとも１つのシンボルのためのシンボルを形成するビットに関連する信頼性情報を決定するように構成される信号検出装置に関する。

本発明の第６の実施形態は、受信機アンテナで受信した信号を表す第１シンボルセットを受け取り、かつ、スフィア復号技術を用いて送信機で送信される上記信号を表す第２のシンボルセットを評価し、上記信号に関連する信頼性情報は、第２シンボルセットの少なくとも１つのシンボルを評価するときに考慮される信号検出装置に関する。

本発明の第７の実施形態は、受信機で受信された信号を表す第１シンボルセットを受け取るための受領手段と、スフィア復号技術を用いて送信機で送信された上記信号を表す第２シンボルセットを評価する評価手段と、を有し、その評価手段は、少なくとも２つの変調方式を用いる信号検出システムに関する。

本発明の第８の実施形態は、受信機で受信された信号を表す第１シンボルセットを受け取るための受領手段と、スフィア復号技術を用いて送信機で送信された前記信号を表す第２シンボルセットを評価する評価手段と、上記第２シンボルセットの少なくとも１つのシンボル用のシンボルを形成するビットに関連する信頼性情報を決定する決定手段と、を有する信号検出システムに関する。

本発明の第９の実施形態は、受信機で受信した信号を表す第１シンボルセットを受け取る受領手段と、スフィア復号技術を用いて、送信機で送信した上記信号を表す第２シンボルセットを評価する評価手段と、を有し、上記信号に関連する信頼性情報は、第２シンボルセットの少なくとも１つのシンボルを評価するとき、考慮される信号検出システムに関する。

本発明の実施例は、参照図面を参照して、例としてのみ説明される。

以下の記述において、しばしば、多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multi Input Multi Output）システムが参照される。しかし、本発明は、ＭＩＭＯシステムの信号復号に制限されない。本発明が適用可能な他のシステムを以下に述べる。

次の記述において、オリジナルのスフィア復号機と一致した名前とするスフィア復号機を参照する。しかし、スフィア復号機を用いた信号検出は、信号検出に集中し、そして、受信信号におけるいかなる符号の存在をも暗示しない。受信信号で搬送される情報は、符号化されるおり、又は、符号化されてなくても良い。

図１は、本発明の実施例が使用される通信システムの例としての概略的ＭＩＭＯ通信システムを表す。図１のＭＩＭＯ通信システムは、Ｎ_t送信アンテナを含む送信アンテナアレイと、Ｎ_r受信アンテナを含む送信アンテナアレイを含む。次にように、対象性制約Ｎ_t＝Ｎ_rが考慮される。各時間間隔の間に送信されるベクトルは、ｘ＝［ｘ₁，ｘ₂，．．．，ｘ_N］として表示され、その各成分は、独立した選択であり、例えば、複素Ｍ−ＱＡＭ（直交振幅変調）からのベクトルである。送信信号は、ｘ＝ｖＬとして生成され、そこでＬは、基底｛ｍ₁，ｍ₂，．．．，ｍ_n｝を有するラティス生成作用素行列（lattice generator matrix）であり、そして、ｖ＝｛ｖ₁，ｖ₂，．．．，ｖ_Nt｝は、情報ビットがマップされる整数成分ベクトルである。

受信信号は、ｒ＝Ｈｘ＋ｎで表される。そこで、行列Ｈは、チャネル行列（channel matrix）であり、ｎはノイズを表す。ＭＩＭＯシステムに関連して、チャネル行列Ｈは、多入力多出力システムのチャネルを表し、そして、ｘ_iは多入力多出力システムのアンテナの１つによって送信されるシンボルを表す。時分割システム（time division system）に関連して、行列Ｈは、送信機アンテナから受信機アンテナへの多重経路を表し、そして、ｘ_iは、時分割ユーザのシーケンシャルシンボルを表す。符号分割システムに関連して、行列Ｈは、符号分割システム（code division system）の異なるコード、又は、ブロック送信行列を表し、そして、ｘ_iは、異なる符号の１つに関連する信号を表す。

一般に、スフィア復号は、上述の例のように、任意のソースから生ずる干渉下での信号検出用に使用されても良いことを考慮すべきである。

スフィア復号検出の目標は、以下の測定基準に関して受信点に集められる、球又は半径√Ｃの中の点配置（ラティスΛ）の有効点を探すことである。

そこで、ｒ＝Ｈｘ＋ｎは、受信ベクトルであり、そして、ラティスΛは、３次のラティスＺ^Ntに適用されるとき、行列Ｌ：Ｒ^Nt→Ｒ^Ntによって定義される線形変換の結果である。この概念は、図２において図式的に記載され得る。

信号復号化のために、それゆえ、解決すべき問題は、下式のような「送信」ラティスｒ−Λの中の最短距離‖ｒ−ｘ‖²を見つけることである。

そこで、ｗは、ρとζが実数ベクトル（real vector）であることを通知する、ζ＝（ζ₁，．．．，ζ_Nt）∈Ｒ^Ntを有するζ_i＝ρ_i−ν_i、及び、ρ＝（ρ１，．．．，ρ_Nt）∈Ｒ^Ntを有するｒ＝ρＬ、ｗ＝ζＬ、として定義される。それは、次のように観察され、

そこでζ_i＝ρ_i−ν_i、ｉ＝１，．．．，Ｎ_tであり、上式は、平行移動された座標軸を定義する。

この軸の平行移動と共に、球は、ζ及び下式によって定義される新座標系の原点に集められる楕円に変換される。

例えば、コレスキー因子分解（Cholesky Factorization）を用いて、チャネル行列Ｈは、新しい上対角行列に分解され、それは、例えば、Ｕ^TＵ＝ＨＨ^Tであり、式３は、下式のように書き直される。

そして上式は、ｑ_ii＝ｕ² _iiと、ｑ_ij＝ｕ_ij／ｕ_iiを変換した後で、下式となる。

上述したブトロスとビテルボによる論文に記載のアルゴリズムを適応して、Ｎ_t−１を見つけるために、受信点ｉ＝Ｎ_tを使用することも可能であり、下式のような用語^ｘ_iの上限下限ための式が得られる。

そこで、ＵＢ_iと、ＬＢ_iは以下の式で示される。

繰り返しの間に、上式７と８で定義される範囲は、次式の使用で再帰的に更新される。

これらの繰り返しを実行する間に、２つの事象が生じる。

ａ）復号機は、^ｘ_iに到達し、計算範囲内の値を選択する。この場合、^ｄ²＝Ｔ₁＋ｑ₁₁（Ｓ₁−^ｘ₁）²で与えられる受信点から検出したシンボルセットの距離が、Ｃより多くないならば、そのとき、検索は完成し、ベクトル^ｘが返される。さもなければ、その処理は、より大きな球半径で再度開始すべきである。

ｂ）復合機は、^ｘ_i用の上限と下限の間にある点配置（constellation）に点を見つけない。ここで、復号機は、^ｘ_i-1に戻るべきであり、上限、下限内に^ｘ_i-1の異なる候補を使用し、そこで^ｘ_iを再度行う。^ｘ_i-1がさらなる候補を有さないなら、復号機が^ｘ_i-2等に戻る。

上述の参照がシンボル^ｘ_iを１つずつ決定するためになされるが、異なる行列操作技術を用いることで、グループの中にシンボルを決定しても良いことを考慮に入れるべきである。

スフィア復号機アルゴリズムは、スフィア内の最高点のための検索の間に、その複雑性を減少するように修正しても良い。オリジナルスフィア復号機は、スフィアの表面で検索を開始し、そして、受信点に一番近いラティス点を探して、中心のほうへジグザグに進む。対照的に、「ラティス基準減少：サブセット合計問題を解決する改良された実践的アルゴリズム」、数学的プログラム（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）、Ｖｏｌ．６６、１９４４、頁１８１〜１９１において、Ｃ．Ｐ．シュノールと、Ｍ．ヨウショナ（Ｅｕｃｈｎｅｒ）によって提案される複雑性が減少したアルゴリズムは、球中心から検索を開始し、外部へ移動する。いったん有効なラティス点が球内部で見つかったなら、その半径は、中心から新しく発見されたラティス点の距離に対して減少させられ、そして、その検索は次の点へ移動する。また、Ａ．Ｍ．チャンとＩ．リーは、「複数アンテナシステムのための新しい複雑性が減少したスフィア復号機」、通信ＩＣＣ’０２に関するＩＥＥＥ国際会議、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．２８、２００２年５月、頁４６０〜４６４において、ＩＥＥＥで減少スフィア復号機を論じている。

スフィアの中心から開始することで、スフィア復号機は、境界線から開始する場合より少ない演算数で最も近いシンボルを見つけることが期待される。オリジナルのスフィア復号機への２つの主な追加は、その複雑性を減少するために考慮されなければならない。第１に、ｉ番目の座標の各上限及び下限のために、上下限内の候補シンボル^ｘは、距離関数｜ｙ_ij−Ｓ_i｜²に従って昇順で保存され、ベクトルＺ_i内に保存される。ここで、ｙ_iは、ＬＢ_iとＵＢ_iの間の全ての点配置の点を含んだ、成分[ｙ_i1，ｙ_i2，．．．]を有するベクトルである。これは、アルゴリズムに、下限に近い座標を最初に検索するよりむしろ、境界によって定義される中間の区間に最も近い座標を検索することを強いる。第２に、ラティス点^ｘは、球内に見つかるたびに、式１０のベクトルＴ、及び、式７と８の全ての上限下限は、更新される。これらの更新は、可能性のあるシンボルの距離を減少させることで、ベクトルＺ_iの一番右にある幾つかの候補座標を削除する。図５に示されるように、ベクトルＺ_iは、ベクトルＹ_iとベクトルρの並べ替えられた成分を含み、それらのベクトルは、反転チャネルを有する受信信号である。アルゴリズムの残りは、変更されないままであり、そして、シンボルセットが^ｘ内に保存されるまで、その繰り返しは続行する。本発明の実施例は、複雑性が減少したスフィア復号機概念を用いても良い。

図３Ａは、本発明の実施例によるスフィア検出器信号検出方法３００の簡易フローチャートを示す。簡素化のために、送信機と受信機の数が同じＮ_tである対象ケースである。さらに、送信及び受信信号は、実数値を有するように仮定され、繰り返して送信されたシンボルｘ_iを決定する主要な構成のみが示される。ステップ３０１では、カウンタ（counter）ｉが、値Ｎ_tに初期化される。ステップ３０２では、シンボルｘ_iは、上述の方法である、例えば、複雑性が減少したスフィア復号機のステップ、又は、オリジナルスフィア復号機のステップを用いて、シンボルｘ_iが決定される。ステップ３０２は、２つのサブステップを含める。ステップ３０２ａでは、送信シンボルｘ_iの変調は、シンボルｘ_iを決定するときに考慮される。ステップ３０２ｂでは、事前情報が、送信シンボルｘ_iを決定するときに考慮される。シンボルｘ_iが決定された後に、ステップ３０３で、カウンタの値がチェックされる。全てのシンボルｘ_iが決定されていない場合、ステップ３０４で、カウンタ値は減少させられ、そして、その方法は次のシンボルｘ_i-1を決定するように進行する。全てのシンボルｘ_iが決定されたなら、ステップ３０５でベクトルｘが出力される。ステップ３０６では、ビット形成信号に関連する確率情報は、ベクトルｘのために決定される。

図３Ａでは、ステップ３０２ａは、異なる変調方式のシンボルｘ_iの検出を許可する。ｘ_iの変調方式は、一般的に、シンボルｘ_iのための検索領域に影響を与える。ステップ３０２ｂは、軟事前情報（soft a priori information）を考慮に入れることを許可する。この事前情報は、検索領域内の候補シンボルを重み付けするときに一般的に使用される。少なくとも幾つかのビットやシンボルに付属するこの事前情報は、送受信信号に関連する信頼性情報であり得る。例えば、チャネル復号機あるいはスフィア復号機検出器に続くエラー検出機から、又は、スフィア復号機検出機内の先に検出されたシンボルから、それは得ても良い。他の例は、別のユーザあるいはサービスに属する他の情報ストリームのチャネル復号機又はエラー検出機のような、他の外部ソースから来る事前情報を含む。

ステップ３０５におけるベクトルｘは、ステップ３０２で軟事前情報は使用されるが、出力はシンボルセットｘ_iのみ含むという意味で、一般的には硬出力である。ステップ３０６は、次に、シンボルを形成するビットに関連する信頼性情報は、少なくとも１つのシンボルのために決定されが、一般的には、全てのシンボルｘ_iのために決定される。シンボルを形成するビットに関連するこの信頼性情報は、必要であれば、そのシンボル用の軟情報を計算するために使用される。

図３Ａで示されるフローチャートに対する代替案は、ステップ３０２の中にステップ３０６を有することであることに考慮が必要である。これは、シンボルｘ_iのための軟値（soft value）は、次のシンボルｘ_i-1を決定する前に決定されることを意味する。この場合では、ステップ３０２ｂと３０６に関連する数学的計算は、一般的には、共に実行される。

ステップ３０２ａ、３０２ｂ及び３０６の１つのみが、方法３００で表されることが可能である。この例は、図３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄで説明され、そしてそれらは、方法３１０、３２０及び３３０用のフローチャートを示す。あるいは、これらのステップのうち２つが表される。さらに、図３Ａで示されるように、ステップ３０２ａ、３０２ｂ及び３０６の全ては、方法３００で表される。

本発明の次の３つの実施例を、より詳細に論じる。本発明の第１の実施例は、同時に異なる変調方式のシンボルを検出することに関する。第１の実施例に基づいた信号検出用のスフィア復号機は、ここでは、信号検出用混合スフィア復号機と呼ぶ。本発明の第２の実施例は、スフィア復号機の出力において軟値を得ることに関する。第２の実施例に基づいた信号検出用スフィア復号機は、ここでは、信号検出用軟出力（Soft Output）スフィア復号機と呼ぶ。本発明の第３の実施例は、軟付加（soft additional）事前情報を、典型的には確率の形式で、受信することに向けられる。第３の実施例に基づいた信号検出用スフィア復号機は、ここでは、信号検出用軟付加入力スフィア復号機と呼ぶ。

図４は、本発明の実施例による信号検出用スフィア復号機４０４と、デバイス４００を概略的に示す。例として、デバイス４００は、アンテナ４０１ａ、４０１ｂ、及び、４０１ｃのセットを含む。例として、このデバイス４００は、スペクトラム拡散システムに関する。各アンテナ４０１は、ＲＦ／逆拡散（despreading）ユニット４０２に接続される。ＲＦ／逆拡散ユニット４０２は、チャネル予測機４０３に接続され、チャネル予測機４０３は、チャネル行列Ｈと受信シンボルｒを決定することを担う。チャネル予測機４０３から、受信シンボル及びチャネル特性についての情報は、信号検出用スフィア復号機４０４に送られる。信号検出用のスフィア復号機４０４は、混合スフィア復号機、軟付加入力スフィア復号機、及び／又は、軟出力スフィア復号機であって良い。スフィア復号機４０４の出力は、チャネル符号復号機４０５に接続される。事前情報のソースの例として、図４は、チャネル符号復号機４０５からの情報が、信号検出用スフィア検出機４０４にどのようにフィードバックされるかを表す。

信号検出用スフィア復号機４０４は、プログラマブル・プロセッサ用の適切なプログラミングコードとして実装される。あるいは、スフィア復号機４００は、スフィア復号機用に特別に設計されたハードウェアとして実装される。

デバイス４００は、ポータブル通信デバイスであっても良い。例えば、携帯電話、移動局、携帯情報端末や、タップトップコンピュータである。デバイス４００は、あるいは、固定式デバイスでも良い。さらに、デバイス４００は、通信ネットワーク用ネットワーク構成要素でよい。例えば、セルラー通信システムの送受信機である。

受信機のＲＦ部分は、ＲＦと逆拡散ユニット４０２から構成されることを考慮すべきである。受信機のベースバンド部分は、チャネル予測機４０３、スフィア復号機を用いた信号検出機４０４、及び、チャネル符号復号機４０５から構成される。受信機のベースバンド部分は、チャネル符号復号機４０５を含む必要は無いが、一般的には、無線インタフェース上の送信信号は、チャネルコード化される。

本発明の第１の実施例は、異なる変調方式の信号を同時に検出することに関する。例として、Ｎ_tの送信アンテナと、Ｎ_r＝Ｎ_tの受信アンテナと共に混合スフィア復号機は考えられ、異なるアンテナで同時に送信される４−ＱＡＭと１６−ＱＡＭを検出可能である。

この具体例は、良く知られた異なる変調方式又は変調文字体系を用いて送信される信号を検出するが、受信機は、シンボルのために使用される変調方式を知らないことがあり得るとういことを考慮すべきである。受信機は、可能性のある多くの変調文字体系を用いて、シンボルを検出しようとし、それから、幾つかの所定の基準を用いて正しい変調文字体系を選択しようとする。

良く知られたスフィア復号化アルゴリズムは、実数の点配置での信号検出用のみに有効である。複素の点配置で信号検出用のスフィア復号化を使用するために、入ってくるベクトルｒとチャネル行列Ｈは、スフィア復号機でそれらの使用前に、実数及び虚数部分に分解されるべきである。これらの分解は以下に示される。

ｒ^daggerとＨ^daggerは、その説明において使用され、シンボル「ｄａｇｇｅｒ」は、省略されても良い。値２Ｎ_tは、ｒ^daggerの距離を示すためにも使用される。

スフィア復号機の繰り返しの間に、シンボル^ｘ_iが取り得る値は、式６に与えられる境界条件によって与えられる。これらの境界条件は、信号点配置図の値に対して強制的にする必要がある。

４−ＱＡＭケースでは、点配置（constellation）は、ベクトルＬ_4QAM＝［−１，１］により記述され、そしてこれより、^ｘ_i点の選択は、境界条件間の最大又は最小、そして、ＬＢ_i＝ｍａｘ（ＬＢ_i，−１）及びＵＢ_i＝ｍｉｎ（ＵＢ_i，１）のようなラティス点と共に選択され、そこでは、ＵＢ_iとＬＢ_iは、式７と８におけるように、最初に計算される。

考慮される第２方式、１６−ＱＡＭでは、点配置は、その状況を、隣接した点配置の点のペアの範囲内にあるさらに複雑な候補点とする、値Ｌ_16QAM＝［−３，−１，１，３］を含める。正確な境界条件を得るために、各点配置の点をテストする一連の状態が必要でなる。この状態セットは、ＭＡＴＬＡＢコードで下記に表現され、式７と８にあるように、ＵＢ_iとＬＢ_iが最初に計算される。

ｉｆ（ＵＢ_i ＞ ３） ｔｈｅｎ ＵＢ_i ＝ ３
ｅｌｓｅｉｆ （ＵＢ_i ＞ １） ｔｈｅｎ ＵＢ_i ＝ １
ｅｌｓｅｉｆ （ＵＢ_i ＞ −１） ｔｈｅｎ ＵＢ_i ＝−１
ｅｌｓｅｉｆ （ＵＢ_i ＞ −３） ｔｈｅｎ ＵＢ_i ＝−３
ｅｌｓｅ ＵＢ_i ＝ ＵＢ_i

ｉｆ（ＬＢ_i ＜ −３） ｔｈｅｎ ＬＢ_i ＝−３
ｅｌｓｅｉｆ（ＬＢ_i ＜ −１） ｔｈｅｎ ＬＢ_i ＝ −１
ｅｌｓｅｉｆ（ＬＢ_i ＜ １） ｔｈｅｎ ＬＢ_i｝ ＝ １
ｅｌｓｅｉｆ （ＬＢ_i ＜ ３） ｔｈｅｎ ＬＢ_i ＝ ３
ｅｌｓｅ ＬＢ_i ＝ ＬＢ_i

先に導き出された境界条件に加えて、新ベクトル方式（scheme）＝[sch₁,sch₂,...sch_2Nt]も定義することが望ましく、それらの値は、各送信アンテナで使用される変調方法（例えば、４−ＱＡＭ用は１、１６−ＱＡＭ用は２）を含む。このように、スフィア復号機は、異なるアンテナで送信される４−ＱＡＭ及び１６−ＱＡＭ点配置からのシンボルを検出可能である。

先に記載のように、スフィア復号機のアルゴリズムは、受信シンボル２Ｎ_tから検索を開始し、２Ｎ_t−１等に向け後方に移動する。混合検出は単純に、各シンボルｉのために、適当な比較セットが、ｓｃｈ_iの値に依存して使用されることを要求する。このように、スフィア復号機の検索容量は、（知られた、又は、推定された）^ｘ_iの変調に基づいて調整される。

これらの状況と共に、混合４−ＱＡＭ／１６−ＱＡＭスフィア復号機のアルゴリズムは、式５で示されるように作成され、そこでは、ベクトルＬ_4QAM又はベクトルＬ_16QAMのどちらかは、ＬＢ_i及びＵＢ_iの計算で使用されるべきである。図５では、シンボルenum()は、ｉ番目のシンボルの候補セットを意味し、^ｘ_iの上限と下限によって与えられる。シンボルlength()は、Ｎ_iの中の値を維持し、このセットに含まれるシンボルの数を与える。そして、シンボルsort()は、ベクトルＺ_iに保存される出力と共に１≦ｊ≦Ｎｉのための｜ｙ_ij−Ｓ_i|²に従って、昇順でこのセットを並べかえる。

ステップ５０１では、変数ｎｔｘは、上対角行列Ｕ（他の言葉では、２Ｎ_tに対して）の列の数に等しく設定される。ステップ５０１では、ｑ_iiとｑ_ij用の値も、式５に関連して上述のように設定される。ステップ５０２では、Ｔ_nxt、ｄｂｅｓｔ、及びＳが初期化される。ステップ５０３では、インデックスｉに対応する変数ｉｘは、上対角行列Ｕ列の数に等しくなるように初期化される。ステップ５０４〜５１１は、^ｘ_i用候補として有効なラティス点を見付けることに関連する。検索範囲ＬＢ_ixとＵＢ_ix間の検索範囲内のラティス点は、長さＮ_ixのベクトルＺ_ixの中に保存される。Ｎ_ixは、検索領域内に見つかったラティス点の数であり、Ｘ_ixは、ベクトルＺ_ix内のインデックスであり、そして、Ｚ_ix内の成分は、それらが球中心にどれくらい近いかに従い保存される。ステップ５０４では、上限ＵＢ_ixと下限ＬＢ_ixは、式７と８に従って計算される。ステップ５０４におけるベクトルｙ_ixとｚ_ix、さらにインデックスＸ_ixは、上述のように、複雑性が減少したスフィア復号機アルゴリズムに関連する。インデックスＸ_ixは、球の中心から検索を開始するために、ステップ５０４で０に初期化され、ステップ５０５で１増加する。ステップ５０６は、検索スフィア内に検索を維持することに関連する。ステップ５０７で、ラティス点のための全シンボルが決定されたかどうかがチェックされる。もしそうでないなら、ステップ５０８〜５１１が実行され、ステップ５０４〜５０７が繰り返される。ステップ５０８と５０９は、式９と１０に関連する。ステップ５１０では、カウンタが更新される。このカウンタは、スフィア復号機アルゴリズム内の繰り返し数を数えることに関連する。ステップ５１１では、変数ｉｘは、次のラウンドにおいて、ステップ５０４〜５０９が次の受信シンボル２Ｎ_t−１に関連付けるために、減少する。

有効なラティス点が見つかったとき、アルゴリズムは、ステップ５１２を続行し、そこでは、見つかったラティス点と受信点間の距離の２乗が決定される。その２乗距離は、先に発見されたラティス点（ステップ５１３）より、最新の発見ラティス点へ短いならば、アルゴリズムはステップ５１４に進む。このステップ５１４は、球半径が減少され、上限下限境界が更新され、複雑性が減少したスフィア復号機アルゴリズムに従ってベクトル^ｘの中に保存される。そのアルゴリズムは、それから、ステップ５０５から開始する次の有効なラティス点を見つけるために、ステップ５１５を介して続ける。複雑性が減少したアルゴリズムは、既に、検索球の表面に進められ、その検索半径は、ステップ５１６で増加される。その後、ステップ５１７で、有効ラティス点がベクトル＾ｘに保存されたかどうかがチェックされる。有効ラティス点が＾ｘに保存された場合、そのアルゴリズムは、このラティス点を出力する。さもなければ、そのアルゴリズムは、より大きな検索球半径でステップ５０２において再開する。

ステップ５１８〜５２０は、考慮されたＸ_ixのためのインデックスｉに対応する現在の受信シンボルのための有効ではないラティスシンボルを見つけることに関連し、それから、その方法は、後退し（即ち、ｉｘ＝ｉｘ＋１）、そして、ｚから次候補へ続ける。その場合、現状の受信シンボルがｉ＝２Ｎｔに対応する場合、アルゴリズムは、より大きな検索半径と共に（ステップ５１５、５１６、及び、５１７を介して、ステップ５０２へ）続行する。さもなければ、そのアルゴリズムは、インデックスｉ＋１（ステップ５２０）に戻り、そして、インデックスｉ＋１に対応する異なる候補シンボルを用いてステップ５０５から続行する。信号検出用混合スフィア復号機は、４−ＱＡＭと１６−ＱＡＭ変調方式に関連して上述されたが、これらの変調方式又はこの具体的な組合せに限定されないことに考慮が必要である。本発明のアルゴリズムに基づいて、当業者にとって、２つの変調方式より多くのものに関連したシンボル復号用アルゴリズムをどのように修正するかは明確である。例えば、Ｍ−ＰＳＫ（位相偏移変調（Phase Shift Keying））についての適用は、当業者には可能であることに考慮が必要である。

Ｎｔ＝Ｎｒの対象例は、上述で述べられたが、信号検出用混合スフィア復号機は、他のケースを扱うために修正しても良い。これは、この記述で論じられた軟出力スフィア復号機と軟付加入力スフィア復号機を含み、信号検出用スフィア復号機でもある。Ｎｔ＜Ｎｒケースは、特別な考慮を要せず、スフィア復号機は、既に説明されたアルゴリズムを用いて問題なく実行可能である。しかし、Ｎｔ＞Ｎｒでは、コレスキー分解法がＵを見付けるために使用され、整数定義行列ではないので、失敗する。それよりも、このケースでは、下に定義されるシステムがあり、それは、多くの問題解決策を有する。そのケースでは、チャネル補正行列が、例えば、補正行列の対角線上に０ではない正の数を加えることで正規化される。非対称スフィア復号機は、例えば、Ｍ．Ｏ．ダーメン、Ｋアベド−マーリム、及び、Ｊ．−Ｃ．ベルフィオーレによる「非対称時空通信アーキテクチャ用一般化スフィア復号機」ＩＥＥ電子公式文書、Ｖｏｌ．３６、Ｎｏ．２、２０００年１月、頁１６６〜１６７で説明されている。

そのシステムへの最適な解決策を見つけるために、チャネル行列Ｈに対して単一値分解法（ＳＶＤ：Single Value Decomposition）を適応する必要があり、次のように続く。

１）Ｈ＝ＹΣＶ^Tである、３つの行列［Ｙ，Σ，Ｖ］＝ＳＶＤ（Ｈ）において、単一値分解法でＨを分解する。Σは、（Ｎ_tｘＮ_r）の上セミ対角行列、Ｙ（ＮｔｘＮｒ）、及び、（ＮｔｘＮｒ）である。ＹとＶは、ＹＹ^T＝Ｉ_Nr及びＶ^TＶ＝Ｉ_Ntと共に単位行列である。
２）受信ベクトルｒ＝Ｈｘ＋ｎにおいて、ｒ₁←Ｙ^Tｒ＝ΣＶ^Tｘ＋ｎ₁としての分解行列Ｈを、ｎ₁＝Ｙ^Tｎで置換する。
３）例えば１０^-30のような小さな数で、全ての０固有値を埋める、Ｕ^TＵ＝ΣＶ^T(ΣＶ^T)^Tのような、ΣＶ^Tの不完全コレスキー因子分解として、行列Ｕを見つける。
４）混合スフィア復号機アルゴリズムを、ｒ₁に適応する。

信号検出用非対称スフィア復号機のフローチャートは、図５の信号検出用混合スフィア復号機ようのフローチャートに非常に類似する。違いは、上述のように、Ｕ入力パラメータの生成である。

情報は、ノイズチャネルで送信され、歪められるとき、そのデータは、あいまいになり、受信機でなされる如何なる決定も、エラーや情報欠損につながる。軟検出は、検出シンボルに関する幾つかの確率情報を維持し、そして「硬」判定をすることを、受信機側でできるだけ遅くすることを目標とする。スフィア復号機は、受信ベクトルへの最短ユークリッド距離を有する点配置シンボルのベクトルを返し、本来「硬」出力検出機として設計されていた。

軟出力値を表現する最も一般的な方法は、ビット毎の対数尤度比（ＬＬＲ：Log-likelihood ratios）を使用することである。ビット毎の対数尤度比は、軟出力値の例として下記に使用されるが、例えば、確率又は他の信頼性近似のような他の軟出力値が使用されても良い。しかし、対数尤度比は、確率より取扱が容易である。対数尤度比は、ビット用のＬＬＲで、シンボル用ではないことを考慮すべきである。これは、ビット単位のＬＬＲは、チャネル復号化目的のために必要とされるからである。

対数尤度比は、数学的に以下のように定義される。

この式の確率は、受信信号と、特定のビットが論理値１又は０を有する最短の点配置の点のユークリッド距離間の比率で計算しても良い。図６は、グレイマッピングの４−ＱＡＭ点配置と、受信点ｒ_iの第１ビット（最も重要なビット、ＭＳＢ）に関する。

これらの距離を得るために、１つは、ビットが特定の論理値を有する点配置の点に、スフィア復号機の検索を制限するべきである。先の例においては、１つは、最初に２つのより上位の点配置の点からｄ₀を見つける必要があり、それから、２つのより下位の点配置の点からｄ₁を見つける必要がある。上で説明したように、受信したシンボルセットの実数及び虚数部分は、分解され、距離２Ｎ_tのベクトル範囲内に配置される。同様に、４−ＱＡＭと１６−ＱＡＭ点配置をビット値に分けることができる。別な言い方をすれば、点配置を各ビットがバイナリ１又は０を表す値をとることができる１次元軸に分けることが可能である。

図６に表される４−ＱＡＭ点配置の場合では、シンボルは２つのビットにより形成され、軸の位置に依存して、各ビットは論理値１又は０を取る。全シンボルの第１ビットは、虚数軸の正の部分に位置するとき、論理値０を取り、虚数軸の負の部分にあるとき、論理値１を取る。同じことが、実数軸における第２ビットでも起こる。

そこで、Ｃⁱ ₂は、４−ＱＡＭシンボル（実数部分）の第２ビット（最小重要ビット、ＬＳＢ）に関係し、Ｃⁱ ₁は、第１ビット（ＭＳＢ）（虚数部分）に関係する。

この新しいベクトルは、他の２つの作成を助け、他の２つは、いつビットが論理値１又は０であるかを説明する、スフィア復号機の境界条件で使用されるべき点配置の値を含む。他の言葉で言うと、一つはｄ₀とｄ₁を見つけるサブ点配置である。これらのベクトルは、Ｌ₁とＬ₀と名付けられ、まさに分解されたｒのような、距離２Ｎ_tを有する。図６とＮ_t＝１の点配置を再び取り上げると、これらの点ｒ₁用のベクトルは、下式で表せる。

これらのベクトルの使用と共に、検出の繰り返しの間に、あるビットが１か０に近いかどうかを知るための比較は、より簡単である。例として、［ｒ_1Realｒ_1Imag］^Tとして分解される受信点ｒ₁と、式１４のＬ₁とＬ₀を考えてみる。アルゴリズムは、ｒ₁における最終点で検出を開始し、その場合、ｒ₁は、Ｃ₁ ¹のビット尤度を見つけるためにベクトルＬ₁とＬ₀の最終成分で比較されるｒ_1Imagで検出を開始する。

式１１で指摘したように、ビットＣ₁ ¹の確率は、ｒ_1Imagと成分Ｌ_1,2とＬ_0,2間のユークリッド距離を用いて計算される。その距離は、下式のようになる。

式１２の助けにより、式１１は下式となる。

そして、軟出力を与えることが可能である。この概念は図７に図式的に示される。

次の繰り返しでは、点ｒ_1Realは、ｄ₁とｄ₀を下式のように得るために成分Ｌ_1,1とＬ_0,1で比較される。

この手続は、Ｎｔのあらゆる値へ、広げられる。例として、Ｎｔ＝２システムのベクトルＬ１とＬ０が、次のように与えられる。

１６−ＱＡＭ点配置のケースのために、各シンボルが４つのビットで表されるので、ビットでの分断は、もっと複雑である。図８のグレイマッピングの点配置は、下の例として使用される。グレイマッピングは、この記述において、ビット列のセット及びシンボルセットの間のマッピングの例として使用される。

今回は、点配置は、最初に２つの部分に分けられ、各部分は、ｒの分断に従う実数軸からの１ビットと、虚数軸からの１ビットを含む。これは、２つの異なるベクトルＣｄ₁とＣｄ₂という結果になり、それらは、Ｎｔ＝１のケースでは以下のようになる。

そこで、Ｃ₁ ¹は、ｒ₁シンボルの最初のビット（ＭＳＢ）であり、Ｃ₄ ¹は、最後のビット（ＬＳＢ）、Ｃ₂ ¹とＣ₃ ¹は、実数軸を表し、Ｃ₁ ¹とＣ₄ ¹は虚数軸を表すことを意味する。これらのベクトルは、点配置において各ビットが１又は０を表す値を含む、行列Ｌ_1Cd1、Ｌ_1Cd2、Ｌ_0Cd1、Ｌ_0Cd2、のセットを生成するのを助ける。これらの行列は、再び、スフィア検出機がビットの特定論理値を検索する小さな点配置として、見られる。図８の点配置及びＮｔ＝１の場合、これらの行列は、以下のようになる。

そこでは、各ビットは、論理１か論理０を表すために、その軸上で２つの値のうち１つを取る。

これらの新しい行列の使用と共に、ビット用の尤度を見つける手続は、５つのステップに要約される。
１．考慮したビットに属しない点配置軸から、受信シンボルへの最短点を見つけ、この距離をｄ_pとして保存する。
２．考慮したビットが論理値０を取る点配置軸のペアから、受信信号への最短点を見つけ、この距離をｄ'₀として保存する。
３．考慮したビットが論理値１を取る点配置軸のペアから、受信信号への最短点を見つけ、この距離をｄ'₁として保存する。
４．ユークリッド距離ｄ₀とｄ₁を、ｄ₀＝ｄ_p＋ｄ’₀及びｄ₁＝ｄ_p＋ｄ’₁として計算する。
５．最後に、式１２と１１の使用と共に、ビット尤度が得られる。

受信点ｒ₁が、式２０のように、ｃ_d1及びｃ_d2として、分解され、及び、分離されたこと、及び、式２１の行列を考慮すると、ｄ₀とｄ₁を獲得するステップは、図式的に図９で表現される。

そのシステムを送信アンテナの数Ｎ_tに広げるために、Ｌ₁とＬ₀行列の第１列は、Ｎ_t回、そして次の行に繰り返されるべきである。例として、Ｎ_t＝２のＬ₁とＬ₂行列は下式のように表される。

これらの行列は、式１９のベクトルはもちろんのこと、例えば、ユーザによって望まれるように変化可能なグレイマッピングの選択に依存する。ある考察は、グレイマッピングがまさに述べられた分離方法のために役に立つことを述べるためになされるべきである。

ビット尤度を生成するこの方法は、軟値を生成するための簡素な方法であるが、その結果は、しかしながら、最適化されない。最適値を生成するために、最大尤度最適決定法が使用されるべきで、そこでは、軟値が、総当りのうちの最高のベクトルから生成される。最大尤度最適方法の欠点は、上述のように、複雑性である。最大尤度アプローチの一例は、Ｂ．Ｍ．ホッホワルドとＳ．Ｔブリンクの「複数アンテナチャネル上の最大容量（near capacity）の達成」Ｖｏｌ．５１，２００３年５月発行、頁３８９〜３９９により論じられ、及び、軟値が、Ｓ．ベーロ、Ｊ．ハーゲナウア、Ｍ．ウィッツ（Witzke）の「リストシーケンシャル（ＬＩＳＳ）検出機を用いたＭＩＭＯ転送の反復検出」ＩＥＥＥ通信に関する国際会議ＩＣＣ’０３、Ｖｏｌ４、２００４年、頁２６５３〜２６５７により論じられている。

第２実施例による信号検出用軟出力スフィア復号機は、硬スフィア復号機により得られる硬結果（hard results）の特別な処理を提供する。このように、スフィア復号機の重要な特徴、即ち、繰り返し毎の球半径に減少と球内の検索、を維持することが可能である。図３に関して上述したように、^ｘ_iを決定するときの軟値を決定し、それから、次の^ｘ_i-1に関する軟判定（soft decision）をすることが代替的に可能である。幾つかの実施例のように、硬スフィア復号機は、本発明の第３の実施例による軟付加入力復号機、及び／又は、混合スフィア復号機になっても良い。硬スフィア復号機は、あるいは、良く知られた硬スフィア復号機であって良い。

硬スフィア復号機により得られる硬結果の提案された特別な処理は、次のステップを有する。

１．ベクトル^ｘで保存される硬スフィア復号機の実行結果を取る。
２．最短点配置シンボルを検索するシンボル^ｘ_2Nt，^ｘ_2Nt，．．．，^ｘ_iの各々を通過する。そこでは、Ｃ_i ^jのビットの各々は、順番に１か０となり、各繰り返しでそのユークリッド距離を保存する。
３．以下のベクトルの成分を通過する。

そしてそれは、反転されたチャネルと共に受信したベクトルである。ビットが使用時に１か０になるこのベクトルに対して最短信号点を検索する同じ比較をして、ユークリッド距離を保存する。
４．比較するベクトル^ｘから見つけたユークリッド距離に、例えば、因子２^2Nt−１により重み付けし、例えば、ある因子により、ベクトルρから見つかるある距離に重み付けをする。
５．出力として戻すために、両方の重み付け距離の加算から尤度を計算する。

１６−ＱＡＭ点配置のための、このアルゴリズムのフローチャートが図１０に示される。図１０のフローチャートは、図５に示される混合スフィア復号機の出力から、入力として、ベクトルρと^ｘにおけるシンボルを有する。通知への点は、式２１で定義される行列Ｌ₁とＬ₀の使用であり、それは、入力パラメータとして与えられる。これらの行列は、送信機で使用される（グレイ）マッピングに依存して変化することに考慮が必要である。

上述のように、１６−ＱＡＭ点配置のために、２つの異なるベクトルＣ_d1とＣ_d2がある。図１０のステップ１００１は、計算用にベクトルＣ_d1を選択することに関する。ステップ１００２では、インデックスｉｘが初期化される。ステップ１００３、１００４及び１００５は、考慮されるビットに関連しない点配置軸を選択すること、及び、チャネルに反転受信点ρｉと上述の推測^ｘ_iで重み付けすることに関する。ステップ１００６では、選択された点配置軸の最短点は決定される。この最短点への距離は、ｄ_pと共に上記に示される。ステップ１００７、１００８、及び、１００９は、点配置軸のペアから最短点への距離を決定することに関する。これらの距離は、上述のｄ'₀とｄ'₁と共に示される。ステップ１０１０では、ビット尤度は、式１１と１２を用いて計算される。ステップ１０１１では、カウンタ（counter）が更新され、このカウンタは、スフィア復号機アルゴリズム内の繰り返し数をカウントすることに関する。ステップ１０１２では、インデックスｉｘは、次のシンボル用のビット尤度を決定するために更新される。ステップ１０１３では、受信点の全成分がベクトルＣｄ１を用いて処理されるかどうかがチェックされる。受信点の全成分がまだ処理されていないなら、アルゴリズムはステップ１００３から続行する。受信点の全成分が、既に処理されたなら、ベクトルＣ_d2は、ステップ１０１４と１０１５で使用され、アルゴリズムはステップ１００２から続行する。受信点の全成分がベクトルＣ_d2を用いて処理されたなら、これはステップ１０１５で通知され、そして、アルゴリズムは、ベクトル＾ｘと決定ビット尤度を出力する。

４−ＱＡＭケースのために、行列Ｌ₁とＬ₀は、ベクトルであり、そして、２つのベクトルＣｄの変わりにただ１つのみがある。それゆえ、このアルゴリズムを４−ＱＡＭ点配置で機能させるために、図１０のアルゴリズムにおける変数Ｃｄは、常に１つになるべきであり、Ｌ１とＬ０は、ベクトルとして扱われるべきであり、ベクトルＬ_16QAMは、Ｌ_4QAMによって取り替えるべきである。

本発明の第３の実施例は、一般には確率の形で、軟付加事前情報を、処理することに向けられる。この付加事前情報は、シンボル検出を改良する。軟事前情報を受信し、処理できるために、スフィア復号機の内部演算は、修正される。上述のように、オリジナルスフィア復号機は、繰り返し中に硬判定を行う。本発明の第２の実施例による信号検出用スフィア復号機は、硬判定をするスフィア復号機の結果に基づいて軟出力を生成する。第３の実施例では、その狙いは、スフィア復号機の繰り返し間に軟シンボルを生成することである。軟シンボルを生成する間に、いかなる事前情報も処理される。一般的には、軟事前情報は、そのシンボルを重み付け、できるかぎり訂正するために使用される。

ビット毎の事前情報を処理するために、確率又は他の事前信頼性情報を含む新しいベクトルＰapを導入することが可能である。確率は、ここでは、事前情報の例として使用される。確率は、例えば、１と等しくなる転送ビットに関連する。ベクトルＰapは、例及び上述の記載と一致するように、４−ＱＡＭ点配置用の２Ｎ_t成分と１６−ＱＡＭ点配置用の４Ｎ_t成分を含む。その成分は、一般的に、式１３と２０におけるベクトルＣ_dによって説明されるより似た方法で、受信信号を表すベクトルｒの実数及び虚数分解に従って点配置される。具体例として、Ｎｔ＝２を有する４−ＱＡＭと１６−ＱＡＭシステムが考慮され、そこでは、ベクトルＰapは、４−ＱＡＭのために以下の式で与えられる。

そして１６−ＱＡＭ用は、以下の式によって与えられる。

そこで、Ｃ_i ^jは、ｉ番目のシンボルのｊ番目のビットを意味し、Ｐ（Ｃ_i ^j=1）は、ビットＣ_i ^jは論理値１を有する確率に関連し、Ｃ_i ^jはシンボルｉのＭＳＢに関係する。事前情報が無いケースでは、ベクトル（ｓ）Ｐａｐは、ゼロで満たされる。

繰り返しの間に、軟シンボルを生成する方法は、受信シンボルｒ_iと軸座標との間のユークリッド距離の比率により、候補シンボルを重み付けすることからなり、そこでは、考慮されるビットは、ベクトルＬ₁とＬ₀で与えられる１又は０の値を有する。

この具体例は、候補シンボルの重み付けに関するが、ラティスを重み付けする別な言葉で言うと、代替的に受信シンボルを重み付けすることもできることを考慮すべきである。ラティスと受信シンボルの両方を重み付けすることも可能である。事前情報に基づいたラティスと受信シンボルの修正例として、重み付けはここで使用されることを考慮すべきである。

次に、信号検出用軟付加入力スフィア検出機は、本発明の第２の実施例に従って軟出力スフィア復号機に基づいて構築される。しかし、出力シンボルが硬（hard）である軟付加入力スフィア検出機を代替的に構築可能であることを考慮されたい。

例として、信号検出用４−ＱＡＭ軟出力スフィア検出機を考える。分解された受信ベクトルｒの各成分は、Ｎｔ＝１である４−ＱＡＭのための式１３で説明されるように、１つのビットを表す。受信信号ｒの最終成分から開始し、戻ると、ビットＣ_j ^2Ntが１である確率が生成される。その確率は、ρ２Ｎｔと最短点配置シンボル間の距離で計算され、そこでは、考慮されるビットは、図６と式１２で説明されるように０か１である。ビット確率は、Ｐ_ρ,Cj2Nt=１で保存される。

この確率の平均と同じビットＣ_j ^2NtのためにＰapに含まれる事前確率は下式のように計算され、保存される。

この平均確率は、境界条件内の候補に重み付けするために使用され、下のようにベクトルＺｉに保存される。

ここで２Ｎ_tは、繰り返されるべき現状のシンボルを意味し、ｊは、考慮されるべき現状のビットを意味し、そして、ｋは、Ｚ_2Ntに含まれる現状の候補を意味する。４−ＱＡＭシステムにおけるスフィア復号機用の重み付け候補の生成の概念は、図１１に図式的に表される。

アルゴリズムは、重み付け候補から、受信点に最も近いものを選択し、それを解答^ｘ_2Ntとして維持し、そしてその解答は、次の点^ｘ_2Nt-1等を見つけるために使用される。最後に、軟値は、ベクトル^ｘを用いることで生成され、それは、今回は軟であり、そして、その成分と特定ビットが０か１である最短点配置シンボルとの間のユークリッド距離を見つけることである。その距離は、例えば、次式のような、対数尤度比を生成するために使用される。

１６−ＱＡＭケースには、そのアルゴリズムは、まさに軟出力ケースのように、さらに複雑になる。その概念は、繰り返し間の重み付け候補の生成と同様であるが、今回は、受信点ρiの各々は、実数部と虚数部に分解され、２つのビットを表し、式２０と２１で述べられるように、２つの行列Ｌ₁とＬ₀に分けられる。

点ρ_i,Realとρ_i,Imagに含まれる２つのビットの各々は、それが表す点配置シンボルについての異なる情報を与える。図８における点配置、及び、Ｎｔ＝１システムの受信点ρ１の虚数部を表すρ_i,Imagを考える。シンボルの中の第１のビット（ＭＳＢ）であるＣ₁ ¹は、虚数軸内のそのシンボルの標識を伝え、０は正を意味し、１は負を意味する。シンボルの中の第４のビット（ＬＳＢ）であるビットＣ₄ ¹は、そのシンボルが虚数軸の±１又は±３点であるかどうかを伝える。

候補点の重み付けは、ビットＣ₄ ¹とＣ₁ ¹の確率の結果で終わる。これは、受信点よりもっと近い点配置候補を移動させ、重み付けシンボルを生成する。その概念は、図解的に図１２に表される。

重み付け候補は、４−ＱＡケースで、ベクトルρ及びいかなる事前情報の使用と共に見つかる。最高の候補は、繰り返しの間に^ｘ_iとして選択され、この点は、次の^ｘ_i-1を見つけるために使用される。最後に、軟値は、ベクトル^ｘから見つけられる。

図１３Ａと１３Ｂにおいて、軟付加入力スフィア復号機のアルゴルリズムを示すフローチャートを示す。図１３Ａは、重み付けシンボルを生成するアルゴリズムを含み、図１３Ｂは、軟出力値を得るための方法を表現する。具体例により、各シンボルの１になる各ビットのための確率を含む新入力パラメータＰapがあることに注意すべきである。図５と１０におけるステップに類似する図１３Ａと１３Ｂにおけるこれらのステップは、図５と１０におけるように、同じ参照番号でマークされている。

図１３Ａに表す軟付加入力スフィア復号機アルゴリズムの始まりは、図５におけるアルゴリズムに、大体において、非常に類似する。違いは、少しの付加的ステップ（１３０１、１３０２、及び、１３０３）であり、そのアルゴリズムは結果を単に出力する代わりに、ステップ５１７の後に続くと言う事実である。図１３Ａのアルゴリズムは、このようにして、ステップ５０１〜５０３で開始し、その後、ステップ１３０１で、ビット確率Ｐ_0,ix、Ｐ_1,ix、Ｐ_0,ix+ntx、Ｐ_1,ix+ntxは、次のように計算される。

ここで、Ｐ_0,ix、Ｐ_1,ixは、ビットＣ₃ ⁱとＣ₄ ⁱの確率を意味し、Ｃ₃ ⁱとＣ₄ ⁱは、各軸で±１又は±３を取るシンボルについて伝え、そしてこのようにして、絶対値を用いて計算される。Ｐ_0,ix+ntx、Ｐ_1,ix+ntxは、ビットＣ₂ ⁱとＣ₁ ⁱの確率を与え、Ｃ₂ ⁱとＣ₁ ⁱは、各軸のためのシンボルの標識を与える。それゆえ、全体値は使用されない。

そのアルゴリズムは、ステップ５０４で続き、そしてその後、ステップ１３０２で、ベクトルＺ_ixに含まれる候補点配置シンボルが計算したビット確率で重み付けされる。候補シンボルＺ_ix,iがＬ_0,ix,1,1、かＬ_0,ix,2,1のどちらかに等しく、ビット確率Ｐ_1,ix、重みＺ_ix,iに使用される。さもなければ、ビット確率Ｐ_0,ixは、Ｚ_ix,iを重み付けするために使用される。このような重み付け候補Ｚ_ix,iは、０より大きく、ビット確率Ｐ_0,ix+ntxを用いて実行される。さもなければ、さらなる重み付けは、ビット確率Ｐ_1,ix+ntxを用いて実行される。その後、図１３Ａのアルゴリズムは、ステップ５０９の後のステップ１３０３を除いて、図５のアルゴリズムと同様に続行する。ステップ１３０３では、ビット確率Ｐ_0,ix-1、Ｐ_1,ix-1、Ｐ_0,ix-1+ntx、及び、Ｐ_1,ix-1+ntxは、ステップ１３０１におけるビット確率と同様に計算される。

図１３Ｂでは、ステップ１００１、１００２及び１００３を実行することで、アルゴリズムは、ステップ５１７の後に続く。ステップ１００３、１３０４、及び、１３０５は、実数部分は現在のところ処理されるとき、ステップ１３０６と１００６ｂのための推測^ｘ_iの虚数部分を選択するために使用され、又は、虚数部分は現在のところ処理されるとき、推測^ｘ_iの実数部分選択するために使用される。ステップ１３０６と１００６ｂでは、選択された点配置軸の最短点への距離は、図５のステップ１００６と類似して、選択された実数又は虚数軸の助けを借りて決定される。図５のステップ１００８と同様に、ステップ１３０７〜１３１２及び１００８ｂは、考慮されるビットが論理値１をとる点配置軸ペアから最短点への距離を決定することに関連する。ステップ１３１３〜１３１８、及び、１００９ｂは、考慮されるビットは、考慮されるビットが０の論理値を取る点配置軸のペアから最短点への距離を決定することに関連する。ステップ１００９ｂの後に、図１３Ｂにおけるアルゴリズムは、図１０におけるアルゴリズムに類似して続行する。

ステップ１３０６、１３０８、１３１１、１３１４及び１３１７では、どれくらいのユークリッド距離が因子９で重み付けされるかが観察し得る。これは、重み付けシンボルが、常に、軸の値１になる傾向はないことを確実にする。数字９は、軸値３の距離の２乗を補填するために選択される。

図１３Ａと１３Ｂのフローチャートは、１６−ＱＡＭケースを説明する。４−ＱＡＭ点配置のために、アルゴリズムは、行列の代わりに、Ｌ₁とＬ₀用のベクトルに簡素化され、各候補を重み付けするための１つのビット確率のみの使用である。

本発明を実施する装置と方法の好ましい実施例が、図面と上述の詳細な説明を伴い説明されたが、本発明は開示された実施例に制限されず、しかし、請求の範囲で説明され定義された精神から放れること無い多くの再配置、修正、置換を可能とすることを考慮すべきである。

本発明の実施例が使用されるＭＩＭＯ通信システムを概略的に示す図である。 信号検出用スフィア復号機の概念を概略的に表す図である。 本発明の実施例による信号検出用スフィア復号機の簡易フローチャートである。 本発明の第１実施例による信号検出用スフィア復号機の簡易フローチャートである。 本発明の第２実施例による信号検出用スフィア復号機の簡易フローチャートである。 本発明の第３実施例による信号検出用スフィア復号機の簡易フローチャートである。 本発明の実施例による信号検出用スフィア復号機及び装置を概略的に表す図である。 本発明の第１実施例による信号検出用４−ＱＡＭ／１６−ＱＡＭ混合スフィア復号機を例として表すフローチャートである。 本発明の実施例による第１のビットが０及び１である受信点から最短点配置点への距離を表すグレイマッピングを有する４−ＱＡＭ点配置を例として表す図である。 １つの送信機又は受信機アンテナを有する４−ＱＡＭシステムにおける受信シンボルｒ₁の第１ビットのためのビット尤度生成を例として表す図である。 例として使用されるグレイマッピングを有する１６−ＱＡＭ点配置を表す図である。 １つの送信機又は受信機を有する１６−ＱＡＭシステムにおける受信シンボルｒ₁の第１ビットのための距離ｄ₀とｄ₁を得るステップを表す図である。 本発明の第２実施例による信号検出用１６−ＱＡＭ軟出力スフィア復号機のための例として表すフローチャートである。 本発明の第３実施例による４−ＱＡＭシステム用軟付加入力スフィア復号機用重み付け候補を例として表すフローチャートである。 本発明の第３実施例による１６−ＱＡＭシステム用軟付加入力スフィア復号機用重み付け候補を例として表すフローチャートである。 本発明の第３実施例による信号検出用１６−ＱＡＭ軟付加入力スフィア復号機用フローチャートの第１部分を表すフローチャートである。 図１３Ａにおけるフローチャートの第２部分を表すフローチャートである。

Claims (15)

1. 信号検出方法であって、
   受信機で受信した信号を表す第１のシンボルセットを受信するステップ、及び
   スフィア復号技術を用いて第２のシンボルセットを評価するステップであって、該第２のシンボルセットは送信機で送信される前記信号を表すステップ、を有し、
   前記評価ステップはベクトルを定義し、各ベクトル値は使用される変調方式を含み、前記評価ステップは、少なくとも２つの変調方式を用いる、信号検出方法。
2. 前記第２のシンボルセットを評価するステップは、前記少なくとも２つの変調方式に基づいて前記スフィア復号技術の検索容量を調整することを有する、請求項１に定義の方法。
3. 前記第２のシンボルセットを評価するステップは、前記第２のシンボルセットのシンボルの変調方式を決定することを有する、請求項１又は２に定義の方法。
4. 前記第２のシンボルセットを評価するステップは、前記シンボルの前記変調方式を用いて、前記第２のシンボルセットの前記シンボル用の検索領域を規定することを有する、請求項３に定義の方法。
5. 前記少なくとも２つの変調方式は、少なくとも２つの異なる直交振幅変調方式を有する、請求項１〜４のいずれか一項に定義の方法。
6. 前記少なくとも２つの変調方式は、少なくとも２つの異なる位相偏移変調（ＰＳＫ）方式を有する、請求項１〜５のいずれか一項に定義の方法。
7. 前記第２のシンボルセットの少なくとも１つのシンボル用のシンボルを形成するビットに関連する信頼性情報を決定することを更に有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記信号に関連する信頼性情報は、前記第２のシンボルセットの少なくとも１つのシンボルを評価するときに考慮に入れられる、請求項１〜７のいずれか一項に定義の方法。
9. 信号検出装置であって、
   受信機アンテナで受信された信号を表す第１のシンボルセットを受信し、及び、
   スフィア復号技術を用いて第２のシンボルセットを評価し、該第２のシンボルセットは送信機で送信される前記信号を表すように構成され、
   前記装置はベクトルを定義するよう構成され、各ベクトル値は使用される変調方式を含み、及び前記装置は前記第２のシンボルセットを評価するとき、少なくとも２つの変調方式を用いるよう更に構成される、信号検出装置。
10. 前記第２のシンボルセットの少なくとも１つのシンボル用のシンボルを形成するビットに関連する信頼情報を決定するように構成される、請求項９に定義の装置。
11. 前記第２のシンボルセットの少なくとも１つのシンボルを評価するとき、前記信号に関連する信頼性情報を考慮するように構成される、請求項９又は１０に定義の装置。
12. 受信機ブロックを有する、請求項９〜１１のいずれか一項に定義の装置。
13. 通信デバイスを有する、請求項９〜１１のいずれか一項に定義の装置。
14. 通信システム用ネットワーク構成要素を有する、請求項９〜１１のいずれか一項に定義の装置。
15. 信号検出システムであって、
    受信機で受信された信号を表す第１のシンボルセットを受信するための受信手段、及び
    スフィア復号技術を用いて第２のシンボルセットを評価するための評価手段であって、該第２のシンボルセットは送信機で送信される前記信号を表す手段、を有し、
    前記評価手段はベクトルを定義し、各ベクトル値は使用される変調方式を含み、及び前記評価手段は、少なくとも２つの変調方式を用いるよう更に構成される、信号検出システム。

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